Đề bài
Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:
Bước 1: Rót từ từ dung dịch $CuSO_{4}$ 0,5M vào ống thủy tinh hình chữ U đến khi mực nước dâng lên cách miệng ống chừng 3 cm thì dừng lại.
Bước 2: Đậy miệng ống bên trái bằng nút cao su có gắn điện cực than chì.
Bước 3: Đậy miệng ống bên phải bằng nút cao su có gắn điện cực than chì và một ống dẫn khí.
Bước 4: Nối điện cực bên trái với cực âm và nối điện cực bên phải với cực dương của nguồn điện một chiều (hiệu điện thế 6V, cường độ dòng điện 1A).
Phương pháp giải
Dựa vào nguyên tắc hoạt động của pin điện hoá.
Lời giải chi tiết
Phân tích các phương án:
(1) Sai. Tại cathode (cực âm), ion $Cu^{2+}$ bị khử thành kim loại đồng $Cu$:
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$
(2) Đúng, Quá trình điện phân dung dịch $CuSO_4$, tại anode (cực dương), nước bị điện phân thành khí $O_2$ và ion $H^+$, điều này làm tăng nồng độ ion $H^+$ trong dung dịch, khiến pH giảm:
$2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-$
Do đó, dung dịch sau điện phân sẽ có pH < 7.
(3) Sai. Nếu thay dung dịch $CuSO_{4}$ bằng dung dịch $CuCl_{2}$, tại cathode vẫn xảy ra sự khử của $Cu^{2+}$ giống như thí nghiệm ban đầu. Tuy nhiên, tại anode:
- Với $CuCl_2$: Có khả năng khí $Cl_2$ sẽ được sinh ra thay vì khí $O_2$, vì thế sản phẩm ở anode sẽ khác.
(4) Đúng. Trong quá trình điện phân, khi $Cu^{2+}$ bị khử hết thành $Cu$, dung dịch sẽ không còn màu xanh do không còn ion $Cu^{2+}$. Ở cathode, trước khi hết $Cu^{2+}$, khí $H_2$ có thể thoát ra khi không còn $Cu^{2+}$ để khử nữa:
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$
Do vậy, khi cathode có khí thoát ra là $H_2$, dung dịch không còn màu xanh.